CN116169628A - 风电海缆防护系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电海缆防护系统及其安装方法，涉及海底电缆防护技术领域，该风电海缆防护系统包括：护筒，用于套设在目标海缆段上；防流基座，用于围绕目标海缆段固定设置；悬索，悬索的一端连接于护筒上，悬索的另一端连接于防流基座上。本发明公开的风电海缆防护系统可解决当前用于风电平台的海底电缆在海流作用下容易过早断裂损坏，从而导致海上风电的运维成本居高不下的技术问题。

Description

风电海缆防护系统及其安装方法

技术领域

本发明涉及海底电缆防护技术领域，具体涉及一种风电海缆防护系统及其安装方法。

背景技术

风力发电是可再生能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，近年来风电行业的中心正从陆上逐渐向海上转移。海上风电场一般由固定式风电平台基础、风力发电机组、海缆和升压站构成，其中风力发电机组由固定式风电平台基础支撑并在高空获取风能，海缆将风力发电机组发出的电能传输至陆上集控中心，并最终接入系统变电站。

由于风电平台基础钢管桩及海缆保护管的存在，改变了局部范围内原始海流的流态.在其周围产生较高强度的水流紊动和漩涡体系，二者共同作用对风电平台基础处海床表层抗冲能力差的淤泥和淤泥质土产生冲刷，使得风电平台基础附近未进入海床的海底电缆段处于悬空摇摆状态，波浪、潮汐流及海流与海底电缆段相互作用，引起外部机械磨损及循环弯曲，导致海缆过早断裂损坏，从而使得海上风电的运维成本居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电海缆防护系统，旨在解决当前用于风电平台的海底电缆在海流作用下容易过早断裂损坏，从而导致海上风电的运维成本居高不下的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种风电海缆防护系统，所述风电海缆防护系统包括：

护筒，用于套设在目标海缆段上；

防流基座，用于围绕所述目标海缆段固定设置；

悬索，所述悬索的一端连接于所述护筒上，所述悬索的另一端连接于所述防流基座上。

进一步地，所述护筒包括内筒体、外筒体、弹性阻尼件；所述内筒体用于套设在所述目标海缆段上；所述外筒体环绕所述内筒体设置，所述外筒体上设有第一拉环，所述第一拉环与所述悬索的一端连接；所述弹性阻尼件设置于所述外筒体与所述内筒体之间，所述弹性阻尼件分别与所述外筒体的内壁、所述内筒体的外壁贴合。

进一步地，所述防流基座为多个，所述防流基座为钢筋混凝土结构，所述防流基座包括底座、立板、扶壁和顶板；多个所述底座用于围绕所述目标海缆段固定设置；所述立板竖直设置于所述底座上，所述立板朝向所述目标海缆段的一侧面设有第二拉环，至少一个所述第二拉环与所述悬索的另一端连接；所述扶壁呈直角梯形状，所述扶壁的竖直侧壁与所述立板背向所述目标海缆段的一侧面连接，所述扶壁的下侧壁与所述底座连接；所述顶板的下侧面与所述立板的顶部、所述扶壁的上侧壁连接。

进一步地，所述内筒体的外壁设有第一加强筋。

进一步地，所述外筒体的外壁设有第二加强筋。

进一步地，所述内筒体包括第一内扇环、第二内扇环和第一螺纹连接件；所述第一内扇环与所述第二内扇环拼接形成用于套合所述目标海缆段的第一环体；所述第一螺纹连接件锁接于所述第一内扇环与所述第二内扇环的连接处。

进一步地，所述外筒体包括第一外扇环、第二外扇环和第二螺纹连接件；所述第一外扇环与所述第二外扇环拼接形成环绕所述内筒体的第二环体；所述第二螺纹连接件锁接于所述第一外扇环与所述第二外扇环的连接处。

进一步地，所述内筒体的内壁附着有缓冲垫，所述缓冲垫用于贴合所述目标海缆段。

进一步地，所述外筒体的外壁凸设有阻尼椎体。

进一步地，所述弹性阻尼件包括环状金属筒组和阻尼吸能层；所述环状金属筒组为多个，多个所述环状金属筒组沿所述内筒体的轴向分布；所述环状金属筒组包括多个金属筒本体，每一所述环状金属筒组的多个所述金属筒本体沿所述内筒体的周向分布；所述金属筒本体的外壁分别与所述外筒体的内壁、所述内筒体的外壁贴合；所述阻尼吸能层附着于所述金属筒本体的内壁上。

进一步地，所述阻尼椎体包括多个椎体组，多个所述锥体组沿所述外筒体的轴向分布；所述锥体组包括多个沿所述外筒体的周向分布的椎体本体；

以所述外筒体的中心轴作为圆心，每一所述锥体组均相对相邻的所述锥体组偏转预设圆心角。

进一步地，所述外筒体的外壁上包覆有阻尼带，所述阻尼带呈交叉网状，所述阻尼带的多个格点一一对应连接于多个所述椎体本体上。

进一步地，所述椎体本体包括基底圆台部、圆柱部和顶端圆台部；其中：

所述基底圆台部的底面粘附于所述外筒体的外壁上，所述圆柱部的一侧端面连接于所述基底圆台部的顶面上，所述顶端圆台部的底面连接于所述圆柱部的另一侧端面上；

所述阻尼带的格点粘附于所述基底圆台部与所述圆柱部之间的交界处。

进一步地，所述底座上开设有多个第一减重通孔；所述底座朝向所述目标海缆段的一侧具有第一倾斜部，所述底座背向所述目标海缆段的一侧具有第二倾斜部；所述第一倾斜部自远离所述目标海缆段的方向向上倾斜，所述第二倾斜部自靠近所述目标海缆段的方向向上倾斜。

进一步地，所述立板具有下板体部和上板体部，所述下板体部位于所述第二拉环下方，所述上板体部位于所述第二拉环上方；所述下板体部开设有水平设置的第一过流通孔，所述下板体部的透空率为25～35％；所述上板体部开设有倾斜设置的第二过流通孔，所述第二过流通孔靠近所述目标海缆段的一端高于所述第二过流通孔远离所述目标海缆段的一端，所述上板体部的透空率为45～55％。

进一步地，所述顶板上开设有多个第二减重通孔；所述顶板背向所述目标海缆段的一侧边缘设有第一锯齿。

进一步地，所述悬索包括网体部、第一索体部和第二索体部；其中：

所述网体部呈交叉网状，所述网体部具有相对的第一侧部和第二侧部；所述第一索体部的一端自所述第一侧部的缆绳交汇点引出，所述第一索体部的另一端连接于所述护筒上；所述第二索体部的一端自所述第二侧部的缆绳交汇点引出，所述第二索体部的另一端连接于所述防流基座上。

对应地，本发明还提出一种风电海缆防护系统安装方法，用于安装如前述的风电海缆防护系统，所述风电海缆防护系统安装方法包括以下步骤：

计算目标海缆段的自振频率；

调整所述护筒的自振频率，以使所述护筒的自振频率与所述目标海缆段的自振频率之间的差值小于预设频率阈值；

将多个所述护筒拆分为两部分，并将拆分后的两部分所述护筒吊运至水下，以将多个所述护筒合并安装于所述目标海缆段上；

将3～4个所述防流基座沿所述目标海缆段的延伸方向依次排列并固定于所述目标海缆段的一侧；将3～4个所述防流基座沿所述目标海缆段的延伸方向依次排列并固定于所述目标海缆段的另一侧；将2～3个所述防流基座沿第一方向依次排列并固定于入土点远离所述目标海缆段的一侧，其中，所述第一方向垂直于所述目标海缆段的延伸方向，所述入土点为所述目标海缆段进入海床的位置；

在水下将所述悬索铺开并张紧；将张紧的所述悬索的一端连接于多个所述护筒上，并将张紧的所述悬索的另一端连接至位于所述目标海缆段两侧的所述防流基座上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的风电海缆防护系统，在目标海缆段上套设护筒，并围绕目标海缆段固定设置防流基座，再通过悬索将护筒和防流基座连接起来；如此，当护筒受到海流冲击而发生涡激振动时将与自振频率相近的目标海缆段一同发生谐振，抑制目标海缆段的对向振动，从而实现了对目标海缆段的谐振减振；防流基座可对目标海缆段形成屏蔽效应，降低防流基座后方区域(即防流基座背向目标海缆段的一侧)的水流速度，提高防流基座后方区域的静压，避免海床泥沙被水流卷起而冲刷目标海缆段；通过悬索将护筒张紧牵拉在防流基座上，可有效减小护筒在水流作用下的不规则振动，从而进一步增强了对目标海缆段的减振效果。基于上述护筒、防流基座与悬索相配合的结构，共同解决了目标海缆段在涡激振动下过早断裂损坏的问题，降低了海上风电的运维成本，并提高了海上风电平台的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明风电海缆防护系统一实施例的整体俯视结构示意图；

图2为本发明风电海缆防护系统一实施例的整体正视结构示意图；

图3为本发明风电海缆防护系统一实施例的整体侧视结构示意图；

图4为本发明风电海缆防护系统一实施例中护筒的第一视角剖面结构示意图；

图5为本发明风电海缆防护系统一实施例中护筒的第二视角局部结构示意图；

图6为本发明风电海缆防护系统一实施例中护筒的整体结构示意图；

图7为本发明风电海缆防护系统一实施例中阻尼椎体的结构示意图；

图8为本发明风电海缆防护系统一实施例中悬索的结构示意图；

图9为本发明风电海缆防护系统一实施例中防流基座的侧视结构示意图；

图10为本发明风电海缆防护系统一实施例中防流基座的后视结构示意图；

图11为本发明风电海缆防护系统一实施例中防流基座的前视结构示意图；

图12为本发明风电海缆防护系统一实施例中防流基座的俯视结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

经研究发现，涡激振动是导致海缆反复振动、磨损破坏的主要原因。当水流流向圆柱体时，圆柱体前沿产生高压迫使水流从两侧通过，形成边界层流动。在圆柱体最宽的部分，边界层流动与圆柱体的两侧表面分离并产生两个剪切层，而与圆柱体表面接触的剪切层比处于自由流中最外侧的剪切层的移动速度更慢，因此会旋转进入尾流中并堆叠在一起，形成了对称的离散旋涡。随着水流的雷诺数的增加，该旋涡发生脱落，形成了一个周期性的交错尾涡涡街。旋涡脱落使圆柱体产生升力和阻力，升力使圆柱体在垂直于水流流动方向上振动，其频率等于旋涡脱落频率，阻力使圆柱体在水流流动方向上以两倍旋涡脱落频率振动，这些由于涡旋脱落过程而产生的圆柱体振动即为涡激振动(VIV)。而圆柱体振动会改变旋涡脱落的过程，使旋涡脱落的频率与圆柱体振动的频率对齐，被称为锁定现象。这种锁定现象会增加旋涡的强度，改变尾流中旋涡的相位、顺序和模式，并增加圆柱体的平均阻力。当旋涡脱落频率接近圆柱体的结构频率时，导致结构在极高振幅下振荡并承受高疲劳荷载，导致结构疲劳失效。因此，需要通过改进结构形式或改变周围流场来降低涡激振动的振幅和阻力。

基于上述发现，本申请对应提出一种风电海缆防护系统，具体见下述实施例的说明。

实施例一

请参阅图1至图3，一种风电海缆防护系统，包括：

护筒1，用于套设在目标海缆段4上；目标海缆段4即由风电平台5引出的海底电缆位于水下、且未进入海床的悬浮部分；

防流基座2，用于围绕目标海缆段4固定设置；

悬索3，悬索3的一端连接于护筒1上，悬索3的另一端连接于防流基座2上。

护筒1的自振频率(固有频率)可根据测得的目标海缆段4的自振频率(固有频率)设置，以使护筒1的自振频率与目标海缆段4的自振频率相等或大致相近；当护筒1受到海流冲击而发生涡激振动时，护筒1带动目标海缆段4一起发生振动，而目标海缆段4发生相对运动所产生的惯性力反作用于护筒1上，此时目标海缆段4与护筒1发生谐振，导致护筒1的振动幅度和频率均大幅减弱，与此同时目标海缆段4的对向振动运动也被护筒1强烈抑制，从而实现了对目标海缆段4的谐振减振。

防流基座2可为多个具有一定高度且固定于海床上的钢筋混凝土结构，多个围绕目标海缆段4设置的防流基座2可对目标海缆段4形成屏蔽效应，可降低防流基座2后方区域(即防流基座2背向目标海缆段4的一侧)的水流速度，提高防流基座2后方区域的静压，避免海床泥沙被水流卷起而冲刷目标海缆段4。

悬索3可以是一种由弹性材料制成的可张紧绳索编织结构，通过悬索3将护筒1张紧牵拉在防流基座2上，可有效减小护筒1在水流作用下的不规则振动，从而进一步增强了对目标海缆段4的减振效果。

由此可见，本实施例提供的风电海缆防护系统，在目标海缆段4上套设护筒1，并围绕目标海缆段4固定设置防流基座2，再通过悬索3将护筒1和防流基座2连接起来；如此，当护筒1受到海流冲击而发生涡激振动时将与自振频率相近的目标海缆段4一同发生谐振，抑制目标海缆段4的对向振动，从而实现了对目标海缆段4的谐振减振；防流基座2可对目标海缆段4形成屏蔽效应，降低防流基座2后方区域(即防流基座2背向目标海缆段4的一侧)的水流速度，提高防流基座2后方区域的静压，避免海床泥沙被水流卷起而冲刷目标海缆段4；通过悬索3将护筒1张紧牵拉在防流基座2上，可有效减小护筒1在水流作用下的不规则振动，从而进一步增强了对目标海缆段4的减振效果。基于上述护筒1、防流基座2与悬索3相配合的结构，共同解决了目标海缆段4在涡激振动下过早断裂损坏的问题，降低了海上风电的运维成本，并提高了海上风电平台5的安全性。

实施例二

请参阅图4至图6，护筒1包括内筒体11、外筒体12、弹性阻尼件13、阻尼椎体15和阻尼带16；内筒体11和外筒体12均由防腐蚀金属材料制成，内筒体11和外筒体12均由对半分开的两部分组成(即将内筒体11分为第一内扇环和第二内扇环，将外筒体12分为第一外扇环和第二外扇环)，以便于安装；第一内扇环和第二内扇环通过第一螺纹连接件113连接成完整的圆环状内筒体11，第一外扇环和第二外扇环通过第二螺纹连接件122连接成完整的圆环状外筒体12；内筒体11和外筒体12的轴向长度均为1-1.5m，内筒体11和外筒体12的厚度均为5-7mm；内筒体11的外壁上沿圆周向均匀分布有八条第一加强筋112，外筒体12的外壁上亦沿圆周向均匀分布有八条第二加强筋121，第一加强筋112的高度为22-25mm、厚度为2-3mm，第二加强筋121的高度为12-15mm、厚度为2-3mm。外筒体12外壁上靠近第一端部的位置沿圆周向均匀设置有四个半圆形的第一拉环14，外筒体12外壁上靠近第二端部的位置沿圆周向均匀设置有四个半圆形的第一拉环14，第一拉环14的横截面直径为10-12mm、第一拉环14用于连结悬索3的一端。

内筒体11的内壁均匀附着有缓冲垫111，缓冲垫111由环氧树脂等弹性材料制成，缓冲垫111的厚度约10mm。内筒体11和外筒体12通过多个弹性阻尼件13弹性阻尼连接，而内筒体11本身和外筒体12本身分别与弹性阻尼件13刚性连接。外筒体12的外壁上粘附有约七个椎体组(椎体组即将阻尼椎体15进行分组后得到的每一组阻尼椎体15，每一锥体组包括若干个椎体本体)，多个锥体组以约134mm的轴向距离等间距布置；每一椎体组均包括沿圆周向均布的四个椎体本体，相邻的两个锥体组的圆心角均相差45°，以使椎体本体在外筒体12的外壁上交错布置。如图6所示，各椎体本体间通过阻尼带16连接，阻尼带16形成包覆于外筒体12外壁的菱形网状结构。

实施例三

请参阅图3和图4，弹性阻尼件13包括金属筒组和阻尼吸能层131，内筒体11的外壁与外筒体12的内壁之间沿轴线设置有8～10个金属筒组，各个金属筒组的轴向间距为45～55mm；每一金属筒组均包括沿圆周向均布的八个金属筒本体；金属筒本体呈椭圆筒状，筒高48～52mm，椭圆形横截面的长轴长度为100～110mm、短轴长度为85～90mm。阻尼吸能层131粘附于每一金属筒本体的内壁，阻尼吸能层131由聚氨酯等高阻尼比弹性吸能材料制成，阻尼吸能层131的厚度为10～15mm。

实施例四

请参阅图7，椎体本体由聚氨酯等弹性阻尼材料制成，基底圆台部151的底面直径约134mm，基底圆台部151的顶面直径约76mm，圆柱部152的直径与基底圆台部151的顶面直径、顶端圆台部153的底面直径相同，顶端圆台部153的顶面直径约19mm；每一圆柱部152的中心位置均开设有呈十字交叉状的第一通孔1521和第二通孔1522，第一通孔1521的中心轴与外筒体12的轴向相互平行，第二通孔1522的中心轴与外筒体12的径向相互垂直，第一通孔1521、第二通孔1522的直径为30mm。通过设置第一通孔1521和第二通孔1522，一方面可以降低水流通过圆柱部152的阻力，使其更顺畅地穿过阻尼椎体15；另一方面，相当于形成一股从圆柱部152的背流面中射出的射流，破坏了阻尼椎体15本身的尾流中相干旋涡的形成，可避免阻尼椎体15本身的涡激振动的发生。

实施例五

请参阅图4至图6，阻尼带16由聚氨酯等弹性阻尼材料制成，阻尼带16的宽度为70～75mm，厚度约为5mm；阻尼带16粘附连接于各个椎体本体的基底圆台部151与圆柱部152的交界处，以呈交叉网状环抱外筒体12布置。

可选地，在内筒体11和外筒体12均由对半分开的两部分组成(即将内筒体11分为第一内扇环和第二内扇环，将外筒体12分为第一外扇环和第二外扇环)的情况下，位于对半分开处的椎体本体上方覆盖的阻尼带16可分为上下两层，下层阻尼带16与椎体本体保持粘附，上层阻尼带16则需要在内筒体11、外筒体12的两部分将目标海缆段4抱合安装完毕后再进行粘附，以在避免分为两部分的内筒体11及外筒体12遗失的同时保证了阻尼带16与外筒体12之间的稳固粘附。

在上述实施例中，内筒体11包裹目标海缆段4而成为一整体，目标海缆段4与外筒体12、弹性阻尼件13三者之间则构成调谐质量阻尼器；当外筒体12受到海流冲击而发生涡激振动时，外筒体12通过弹性阻尼件13带动目标海缆段4一起发生振动，而目标海缆段4发生相对运动所产生的惯性力反作用于外筒体12上，此时目标海缆段4与外筒体12发生谐振，导致外筒体12的振动幅度和频率均大幅减弱，与此同时目标海缆段4的对向振动运动也被外筒体12强烈抑制，并且弹性阻尼件13中的阻尼吸能层131将目标海缆段4与外筒体12之间相对运动的动能转化为阻尼材料的内能，最终通过升高温度将内能耗散在水体中，从而实现了大量吸能，进一步减小了目标海缆段4的振动。

在安装前可经过计算调整弹性阻尼件13的刚度和阻尼比，如此可使得调谐质量阻尼器能够在水流激励荷载接近目标海缆段4的固有频率、甚至偏离目标海缆段4的固有频率程度较大的情况下，均能实现有效的谐振减振和阻尼减振。

内筒体11通过缓冲垫111与目标海缆段4紧密抱合，从而在将护筒1牢固连接于目标海缆段4上的同时，可防止内筒体11与目标海缆段4之间发生相对旋转而摩擦损坏目标海缆段4表面，提高了目标海缆段4加装护筒1后的耐久性。

外筒体12表面大量错落分布的阻尼椎体15(具体为各个椎体本体)可对外筒体12上的旋涡尾流产生三维的破坏效应，阻碍了相干旋涡的形成，可形成大量分散旋涡，使得外筒体12的尾流旋涡不能有规律地泄放，从而避免了因外筒体12的尾流旋涡有规律泄放而产生特定频率和振幅的涡激振动。另外，椎体本体的多级台阶变截面圆台结构形式，同样可以在椎体尺度上破坏自身结构引起的相干旋涡的生成，而椎体本体自身的弹性阻尼材料同样会在自身振动时将振动能量转化为内能，抑制其在椎体径向方向上的小型涡激振动，从而进一步降低了涡激振动对目标海缆段4振动的不良附加影响。

阻尼带16构成一个镂空护罩，将产生包裹覆盖效应，可破坏外筒体12引起的有规律泄放旋涡尾流的形成；同时该镂空护罩与外筒体12之间形成空隙，水流流入镂空护罩并从空隙中流过，最终穿过镂空护罩流出，从而在镂空护罩与外筒体12间形成夹层流动，形成位于镂空护罩外部的高流速区域与位于镂空护罩内部的低流速区域之间的缓冲区，相当于从圆柱结构中射出射流，如此可增强夹层流动和自由剪切层的混合，提高了圆柱结构背流面的低速区流速，增大了圆柱结构背流面上的压力，从而增大了旋涡尺度，有效延后了旋涡脱落的位置，破坏了规律性的旋涡尾流的形成，从而大幅削减了引起涡激振动的脉动升力。此外，呈交叉网状设置的阻尼带16增强了分散的椎体本体的整体性，利用全部椎体本体以及阻尼带16整体吸收局部阻尼结构的振动能量，使得各椎体本体的不规则振动相互抵消，而阻尼带16的网状结构本身亦增加了水动力阻尼，从而进一步提高了抑振效率。

实施例六

请参阅图1至图3以及图9至图12，防流基座2为多个，防流基座2为钢筋混凝土结构，防流基座2包括底座21、立板22、扶壁23和顶板24；其中，底座21为框架结构，其通过多个主纵梁、多个次纵梁和多个横梁划分出多个第一减重通孔211，底座21的宽度为5500～6500mm，底座21的长度为7000～8000mm，主纵梁的宽度为280～300mm，次纵梁和横梁的宽度为100～120mm；第一减重通孔211用于降低防流基座2自身重量，以降低物料成本及便于吊装运输；底座21朝向目标海缆段4的一侧具有第一倾斜部212，底座21背向目标海缆段4的一侧具有第二倾斜部213，第一倾斜部212自远离目标海缆段4的方向向上倾斜，第二倾斜部213自靠近目标海缆段4的方向向上倾斜，第一倾斜部212、第二倾斜部213的坡度为1：1，第一倾斜部212、第二倾斜部213的宽度为500mm。

立板22的高度为2400～2600mm，厚度为240～260mm，长度与底座21的宽度相同；立板22上规则分布着长为750～800mm、宽为90～110mm的第一过流通孔221和第二过流通孔222；其中，立板22的下板体部的透空率为25％～35％(即第一过流通孔221的面积与下板体部的面积之比为25～35％)，第一过流通孔221水平设置；立板22的上板体部的透空率为45～55％(即第二过流通孔222的面积与上板体部的面积之比为45～55％)，倾斜设置的第二过流通孔222靠近目标海缆段4的一端高于其远离目标海缆段4的一端，倾角为15°。立板22朝向目标海缆段4的一侧面水平等间距嵌固有14～16个半圆状的第二拉环25，第二拉环25位于立板22的中部并用于分隔下板体部和上板体部，第二拉环25由防腐金属材料制成，第二拉环25用于连结悬索3的另一端。

扶壁23为直角梯形厚板结构，扶壁23位于底座21的主纵梁上方，扶壁23的厚度与主纵梁的宽度相等，扶壁23的高度与立板22的高度相等，扶壁23的上底边长为900～1100mm，扶壁23的下底边长为1500～1700mm；扶壁23与立板22垂直连接，扶壁23沿底座21的长度方向等距设置3～4个，相邻扶壁23之间的间距为1900～2100mm。

顶板24垂直于立板22和扶壁23，顶板24的宽度为900～1100mm，顶板24的长度与底座21的宽度相等；顶板24上规则分布着两种第二减重通孔241，其中一种第二减重通孔241长为400mm、宽为100mm，另一种第二减重通孔241的长宽均为100mm，顶板24的透空率为45～55％(即第二减重通孔241的面积与顶板24的面积之比为45～55％)，第二减重通孔241用于降低防流基座2自身重量，以降低物料成本及便于吊装运输；顶板24靠近扶壁23的一侧边缘设有第一锯齿242，第一锯齿242的沟槽宽为150mm，第一锯齿242的齿高为400mm，相邻的第一锯齿242的沟槽中心间距为700～800mm。

防流基座2整体的低透空率将对水流产生扰流阻挡，发生屏蔽效应，可显著降低防流基座2后方区域(即防流基座2背向目标海缆段4的一侧)的水流速度，提高防流基座2后方区域的静压，避免海床泥沙被水流卷起而冲刷目标海缆段4；并且立板22的上板体部中倾斜设置的第二过流通孔222会诱导流过的水流斜向上抛射，从而可扩大防流基座2后方的低流速区域，大幅降低目标海缆段4受到的水流作用力，亦可避免过多增加防流基座2的迎流面压力，降低防流基座2底部受到的倾覆力矩。而顶板24上的第一锯齿242可有效削弱防流基座2后方的负压峰值，使得防流基座2前方高压区(即防流基座2朝向目标海缆段4的一侧)与后方低压区实现平滑过度，降低后方海床面上的管涌压力，防止发生管涌冲刷，以进一步对目标海缆段4形成防护作用。

实施例七

请参阅图1至图3以及图8，悬索3由尼龙等弹性耐腐蚀材料制成，悬索3包括网体部31、第一索体部32和第二索体部33；其中：网体部31呈交叉网状，网体部31具有相对的第一侧部和第二侧部；第一索体部32的一端自第一侧部的缆绳交汇点引出，第一索体部32的另一端连接于护筒1上；第二索体部33的一端自第二侧部的缆绳交汇点引出，第二索体部33的另一端连接于防流基座2上。

网体部31的总长度为9800～10000mm、宽度为2650～2850mm，其由缆绳交错连接而成，网体部31的网眼为边长380mm的正方形；第一索体部32、第二索体部33从网体部31长边上的缆绳交汇点处延伸出来，网体部31的每一长边均延伸出16～20根第一索体部32或第二索体部33；网体部31、第一索体部32、第二索体部33构成的悬索3与防流基座2的第二拉环25、护筒1的第一拉环14预张紧连结。

可选地，在与第一拉环14、第二拉环25连结时，相邻的第一索体部32及第二索体部33均可以图1和图8所示方式两两交错连结。对于任一护筒1而言，该护筒1上靠近第一端部的位置沿圆周向设置有四个第一拉环14，该护筒1上靠近第二端部的位置亦沿圆周向设置有四个第一拉环14；以图3所示为例，第一拉环14在第一端部处的左侧和右侧分别设置有两个，左侧的两个拉环通过第一索体部32与一网体部31连结(该第一索体部32用于连结第一拉环14的一端可分支为两根索，以分别与上下两个第一拉环14连结)，右侧的两个拉环通过另一第一索体部32与另一网体部31连结(该第一索体部32用于连结第一拉环14的一端可分支为两根索，以分别与上下两个第一拉环14连结)；同理，第一拉环14在第二端部处的左侧和右侧分别设置有两个，左侧的两个拉环通过第一索体部32与一网体部31连结(该第一索体部32用于连结第一拉环14的一端可分支为两根索，以分别与上下两个第一拉环14连结)，右侧的两个拉环通过另一第一索体部32与另一网体部31连结(第一索体部32用于连结第一拉环14的一端可分支为两根索，以分别与上下两个第一拉环14连结)；参照图1所示的俯视角度视图和图3所示的侧视角度视图，用于连结一护筒1第一端部左侧的第一拉环14的第一索体部32与用于连结该护筒1第二端部左侧的第一拉环14的第一索体部32之间在水平面上呈V字形张紧设置，用于连结该护筒1第一端部右侧的第一拉环14的第一索体部32与用于连结该护筒1第二端部右侧的第一拉环14的第一索体部32之间在水平面上亦呈V字形张紧设置，如此可提高悬索3的牵引稳定性。

通过悬索3将护筒1张紧牵拉在防流基座2上，可有效减小护筒1在水流作用下的不规则振动；而悬索3中相互交错的网体部31可增加各索体的整体性，避免因悬索3过长而在水流作用下自身发生强烈的颤振。

对应地，本发明实施例还提供一种风电海缆防护系统安装方法，用于安装上述任一实施例中的风电海缆防护系统，该风电海缆防护系统安装方法包括以下步骤：

S1，计算目标海缆段4的自振频率；其中，目标海缆段4的自振频率与目标海缆段4的悬空长度相关；

S2，调整护筒1的自振频率，以使护筒1的自振频率与目标海缆段4的自振频率之间的差值小于预设频率阈值；具体为通过调整弹性阻尼件13的刚度以对外筒体12的自振频率进行调整，使得目标海缆段4与外筒体12的自振频率相等或相近，以发挥谐振减振作用；其中，弹性阻尼件13的刚度可通过调整其金属筒本体的轴向高度来进行调节；并可通过调整阻尼吸能层131的厚度以将弹性阻尼件13的阻尼比设置为0.1～0.2；

S3，将多个护筒1拆分为两部分，并将拆分后的两部分护筒1吊运至水下，以将多个护筒1合并安装于目标海缆段4上；该步骤可对应上述将内筒体11分为第一内扇环和第二内扇环、将外筒体12分为第一外扇环和第二外扇环的方案，具体请参阅上述实施例，此处不再赘述；

S4，将3～4个防流基座2沿目标海缆段4的延伸方向依次排列并固定于目标海缆段4的一侧；将3～4个防流基座2沿目标海缆段4的延伸方向依次排列并固定于目标海缆段4的另一侧；将2～3个防流基座2沿第一方向依次排列并固定于入土点远离目标海缆段4的一侧，其中，第一方向垂直于目标海缆段4的延伸方向，入土点为目标海缆段4进入海床的位置；排列完毕后的防流基座2如图1和图2所示，此时目标海缆段4的一侧横向排列有3个防流基座2，目标海缆段4的另一侧横向排列有3个防流基座2，目标海缆段4进入海床的入土点处远离目标海缆段4悬浮部分的一侧竖向排列有3个防流基座2；

S5，在水下将悬索3铺开并张紧；将张紧的悬索3的一端连接于多个护筒1上，并将张紧的悬索3的另一端连接至位于目标海缆段4两侧的防流基座2上；悬索3连结完毕后如图1所示。

由于该风电海缆防护系统安装方法采用了上述风电海缆防护系统所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明的是，本发明公开的风电海缆防护系统及其安装方法的其它内容可参见现有技术，在此不再赘述。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电海缆防护系统，其特征在于，所述风电海缆防护系统包括：

护筒，用于套设在目标海缆段上；

防流基座，用于围绕所述目标海缆段固定设置；

悬索，所述悬索的一端连接于所述护筒上，所述悬索的另一端连接于所述防流基座上。

2.根据权利要求1所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述护筒包括内筒体、外筒体、弹性阻尼件；所述内筒体用于套设在所述目标海缆段上；所述外筒体环绕所述内筒体设置，所述外筒体上设有第一拉环，所述第一拉环与所述悬索的一端连接；所述弹性阻尼件设置于所述外筒体与所述内筒体之间，所述弹性阻尼件分别与所述外筒体的内壁、所述内筒体的外壁贴合；

且/或，所述防流基座为多个，所述防流基座为钢筋混凝土结构，所述防流基座包括底座、立板、扶壁和顶板；多个所述底座用于围绕所述目标海缆段固定设置；所述立板竖直设置于所述底座上，所述立板朝向所述目标海缆段的一侧面设有第二拉环，至少一个所述第二拉环与所述悬索的另一端连接；所述扶壁呈直角梯形状，所述扶壁的竖直侧壁与所述立板背向所述目标海缆段的一侧面连接，所述扶壁的下侧壁与所述底座连接；所述顶板的下侧面与所述立板的顶部、所述扶壁的上侧壁连接。

3.根据权利要求2所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述内筒体的外壁设有第一加强筋；

且/或，所述外筒体的外壁设有第二加强筋。

4.根据权利要求2所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述内筒体包括第一内扇环、第二内扇环和第一螺纹连接件；所述第一内扇环与所述第二内扇环拼接形成用于套合所述目标海缆段的第一环体；所述第一螺纹连接件锁接于所述第一内扇环与所述第二内扇环的连接处；

且/或，所述外筒体包括第一外扇环、第二外扇环和第二螺纹连接件；所述第一外扇环与所述第二外扇环拼接形成环绕所述内筒体的第二环体；所述第二螺纹连接件锁接于所述第一外扇环与所述第二外扇环的连接处；

且/或，所述内筒体的内壁附着有缓冲垫，所述缓冲垫用于贴合所述目标海缆段；

且/或，所述外筒体的外壁凸设有阻尼椎体；

且/或，所述弹性阻尼件包括环状金属筒组和阻尼吸能层；所述环状金属筒组为多个，多个所述环状金属筒组沿所述内筒体的轴向分布；所述环状金属筒组包括多个金属筒本体，每一所述环状金属筒组的多个所述金属筒本体沿所述内筒体的周向分布；所述金属筒本体的外壁分别与所述外筒体的内壁、所述内筒体的外壁贴合；所述阻尼吸能层附着于所述金属筒本体的内壁上。

5.根据权利要求4所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述阻尼椎体包括多个椎体组，多个所述锥体组沿所述外筒体的轴向分布；所述锥体组包括多个沿所述外筒体的周向分布的椎体本体；

以所述外筒体的中心轴作为圆心，每一所述锥体组均相对相邻的所述锥体组偏转预设圆心角。

6.根据权利要求5所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述外筒体的外壁上包覆有阻尼带，所述阻尼带呈交叉网状，所述阻尼带的多个格点一一对应连接于多个所述椎体本体上。

7.根据权利要求6所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述椎体本体包括基底圆台部、圆柱部和顶端圆台部；其中：

所述基底圆台部的底面粘附于所述外筒体的外壁上，所述圆柱部的一侧端面连接于所述基底圆台部的顶面上，所述顶端圆台部的底面连接于所述圆柱部的另一侧端面上；

所述阻尼带的格点粘附于所述基底圆台部与所述圆柱部之间的交界处。

8.根据权利要求2所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述底座上开设有多个第一减重通孔；所述底座朝向所述目标海缆段的一侧具有第一倾斜部，所述底座背向所述目标海缆段的一侧具有第二倾斜部；所述第一倾斜部自远离所述目标海缆段的方向向上倾斜，所述第二倾斜部自靠近所述目标海缆段的方向向上倾斜；

且/或，所述立板具有下板体部和上板体部，所述下板体部位于所述第二拉环下方，所述上板体部位于所述第二拉环上方；所述下板体部开设有水平设置的第一过流通孔，所述下板体部的透空率为25～35％；所述上板体部开设有倾斜设置的第二过流通孔，所述第二过流通孔靠近所述目标海缆段的一端高于所述第二过流通孔远离所述目标海缆段的一端，所述上板体部的透空率为45～55％；

且/或，所述顶板上开设有多个第二减重通孔；所述顶板背向所述目标海缆段的一侧边缘设有第一锯齿。

9.根据权利要求1所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述悬索包括网体部、第一索体部和第二索体部；其中：

所述网体部呈交叉网状，所述网体部具有相对的第一侧部和第二侧部；所述第一索体部的一端自所述第一侧部的缆绳交汇点引出，所述第一索体部的另一端连接于所述护筒上；所述第二索体部的一端自所述第二侧部的缆绳交汇点引出，所述第二索体部的另一端连接于所述防流基座上。

10.一种风电海缆防护系统安装方法，用于安装如权利要求1至9中任一项所述的风电海缆防护系统，其特征在于，所述风电海缆防护系统安装方法包括以下步骤：

计算目标海缆段的自振频率；

调整所述护筒的自振频率，以使所述护筒的自振频率与所述目标海缆段的自振频率之间的差值小于预设频率阈值；

将多个所述护筒拆分为两部分，并将拆分后的两部分所述护筒吊运至水下，以将多个所述护筒合并安装于所述目标海缆段上；

将3～4个所述防流基座沿所述目标海缆段的延伸方向依次排列并固定于所述目标海缆段的一侧；将3～4个所述防流基座沿所述目标海缆段的延伸方向依次排列并固定于所述目标海缆段的另一侧；将2～3个所述防流基座沿第一方向依次排列并固定于入土点远离所述目标海缆段的一侧，其中，所述第一方向垂直于所述目标海缆段的延伸方向，所述入土点为所述目标海缆段进入海床的位置；

在水下将所述悬索铺开并张紧；将张紧的所述悬索的一端连接于多个所述护筒上，并将张紧的所述悬索的另一端连接至位于所述目标海缆段两侧的所述防流基座上。

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